[發(fā)明專利]金屬柵極和MOS晶體管的形成方法

無效

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• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN102956465A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 何永根
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/283
• 分類號: H01L21/283;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及金屬柵極和MOS晶體管的形成方法。

背景技術

隨著半導體器件集成度的不斷提高，技術節(jié)點的降低，傳統(tǒng)的柵介質層不斷變薄，晶體管漏電量隨之增加，引起半導體器件功耗浪費等問題。為解決上述問題，現有技術提供一種將金屬柵極替代多晶硅柵極的解決方案。其中，“后柵極(gate?last)”工藝為形成金屬柵極的一個主要工藝。

在美國專利US6664195中提供了一種使用“后柵極”工藝形成金屬柵極的方法，包括：提供半導體襯底，所述半導體襯底上形成有替代柵結構、及位于所述半導體襯底上覆蓋所述替代柵結構的層間介質層；以所述替代柵結構作為停止層，對所述層間介質層進行化學機械研磨工藝(CMP)；除去所述替代柵結構后形成溝槽；在溝槽底部依次形成柵介質層、高K介質層；再通過PVD方法在所述溝槽內的高K介質層上形成金屬層，且將金屬層填充滿溝槽，以形成金屬柵電極層；用化學機械研磨法研磨金屬柵電極層至露出層間介質層，形成金屬柵極。

現有，制造高K/金屬柵極(HKMG)器件時，為縮小產生高性能的電勢，需要削減柵介質層的等效氧化層厚度(EOT)。然而，削減柵介質層的EOT存在一定的困難。而如果將柵介質層去除，又會造成高K介質層與半導體襯底內溝道直接接觸，使所得到的MOS器件的溝道區(qū)域中的載流子遷移率下降，柵極漏電流提高，使器件電性能變差。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的問題是提供一種金屬柵極和MOS晶體管的形成方法，防止MOS器件的溝道區(qū)域中的載流子遷移率下降，柵極漏電流提高。

為解決上述問題，本發(fā)明一種金屬柵極的形成方法，包括：提供襯底，在所述襯底表面形成替代柵極結構；在襯底上形成層間介質層，且所述層間介質層表面與替代柵極結構頂部齊平；以層間介質層為掩膜，去除替代柵極結構，形成溝槽；用氫氣對溝槽內的襯底表面進行處理后，在溝槽底部的襯底上形成柵介質層；于柵介質層上形成高K介質層；在高K介質層上形成填充滿溝槽的金屬柵極。

可選的，所述氫氣的流量為3slm～50slm。

可選的，所述氫氣處理的工藝參數為：溫度700℃～1100℃，壓力為5托～700托，時間為5秒～90秒。

可選的，所述柵介質層的材料為二氧化硅或氮氧化硅。

可選的，形成柵介質層的方法為原位沉積法或熱氧化法。

可選的，用氫氣對柵介質層表面進行處理之前，還包括步驟：對柵介質層表面進行RCA清洗。

可選的，用氫氣對柵介質層表面進行處理之后，還包括步驟：對柵介質層進行退火工藝。

可選的，所述金屬柵極的材料為Al、Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Ti、TiN、TaN、Ta、TaC、TaSiN、W、WN、WSi的一種或多種。

本發(fā)明還提供一種MOS晶體管的形成方法，包括：提供襯底，在所述襯底表面形成替代柵極結構；以替代柵極結構為掩膜，在襯底內形成源/漏極；在襯底上形成層間介質層，且所述層間介質層表面與替代柵極結構頂部齊平；以層間介質層為掩膜，去除替代柵極結構，形成溝槽；用氫氣對溝槽內的襯底表面進行處理后，在溝槽底部的襯底上形成柵介質層；于柵介質層上形成高K介質層；在高K介質層上形成填充滿溝槽的金屬柵極。

本發(fā)明還提供一種金屬柵極的形成方法，包括：提供襯底；用氫氣對襯底表面進行處理后，在襯底上形成柵介質層；于柵介質層上形成高K介質層；在所述高K介質層上形成替代柵極；在襯底上形成層間介質層，且所述層間介質層表面與替代柵極頂部齊平；以層間介質層為掩膜，去除替代柵極，形成溝槽；在高K介質層上形成填充滿溝槽的金屬柵極。

可選的，所述氫氣的流量為3slm～50slm。

可選的，所述氫氣處理的工藝參數為：溫度700℃～1100℃，壓力為5托～700托，時間為5秒～90秒。

可選的，用氫氣對柵介質層表面進行處理之前，還包括步驟：對柵介質層表面進行RCA清洗。

可選的，用氫氣對柵介質層表面進行處理之后，還包括步驟：對柵介質層進行退火工藝。

本發(fā)明還提供一種MOS晶體管的形成方法，包括：提供襯底；用氫氣對襯底表面進行處理后，在襯底上形成柵介質層；于柵介質層上形成高K介質層；在所述高K介質層上形成替代柵極；以替代柵極為掩膜，在襯底內形成源/漏極；在襯底上形成層間介質層，且所述層間介質層表面與替代柵極頂部齊平；以層間介質層為掩膜，去除替代柵極，形成溝槽；在高K介質層上形成填充滿溝槽的金屬柵極。